(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸引孔および吐出孔を有するポンプと、
装置本体外部と連通する第１通気口と、前記ポンプの前記吸引孔と連通する第２通気口と、第３通気口と、を含み、前記第１、前記第２、前記第３の通気口を連通する通気溝が形成された流路部と、
前記第３通気口に連通する第１連通孔と前記ポンプの前記吐出孔に連通する第２連通孔と前記ポンプの前記吐出孔から吐出された空気を貯蔵する空気貯蔵部に連通する第３連通孔と前記第３連通孔に連通する第１バルブ室と前記第２連通孔に連通する第２バルブ室とを有する排気弁と、を備え、
前記通気溝は、前記第１通気口から前記第３通気口までの区間で、枝状に分岐しており、分岐された前記通気溝の一部に前記第２通気口が設けられ、
前記排気弁は、前記ポンプの動作により前記第２バルブ室の圧力が前記第１バルブ室の圧力より高いとき、前記第１連通孔と前記第３連通孔との連通を阻止し、前記ポンプの動作の停止により前記第２バルブ室の圧力が前記第１バルブ室の圧力より低下すると、前記第１連通孔と前記第３連通孔とを連通させることを特徴とする、流体制御装置。
【請求項２】
前記排気弁は、前記第１連通孔と前記第２連通孔と前記第３連通孔とが形成された排気弁筐体と、前記排気弁筐体内を分割して、前記第１バルブ室と前記第２バルブ室とを構成する第１ダイヤフラムと、を有し、
前記第１ダイヤフラムは、前記第２バルブ室の圧力が前記第１バルブ室の圧力より高いとき、前記第１連通孔をシールし、前記第２バルブ室の圧力が前記第１バルブ室の圧力より低下すると、前記第１連通孔を開放して前記第１連通孔と前記第３連通孔とを連通させる、請求項１に記載の流体制御装置。
【請求項３】
前記ポンプの吐出孔に連通する第４連通孔と前記空気貯蔵部に連通する第５連通孔とが形成された逆止弁筐体と、前記逆止弁筐体内を分割して、前記第４連通孔に連通する第３バルブ室と第４バルブ室とを構成する第２ダイヤフラムと、を有し、前記ポンプにより前記第４連通孔から前記第５連通孔への順方向の吐出圧力が発生すると、前記第２ダイヤフラムが前記第５連通孔を開放して前記第４連通孔と前記第５連通孔とが連通する逆止弁を備える、請求項２に記載の流体制御装置。
【請求項４】
前記逆止弁筐体には、前記第４バルブ室、前記第５連通孔および前記空気貯蔵部に連通する第６連通孔と、前記第５連通孔の周縁から前記第２ダイヤフラム側へ突出した弁座と、がさらに形成され、
前記第２ダイヤフラムは、前記弁座に接触した状態で前記逆止弁筐体に固定された、請求項３に記載の流体制御装置。
【請求項５】
前記第２ダイヤフラムと前記第１ダイヤフラムは１つのダイヤフラムシートで形成されている、請求項３又は４に記載の流体制御装置。
【請求項６】
前記ポンプと前記逆止弁と前記排気弁とは一体に形成されている、請求項３から請求項５のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項７】
前記ポンプは、周辺部が実質的に拘束されていなくて、中心部から周辺部にかけて屈曲振動するアクチュエータと、前記アクチュエータに近接対向して配置される平面部と、前記平面部のうち前記アクチュエータと対向するアクチュエータ対向領域の中心又は中心付近に配置された１つまたは複数の吸引孔と、を備える、請求項１から請求項６のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項８】
前記アクチュエータは円板状である、請求項７に記載の流体制御装置。
【請求項９】
前記アクチュエータ対向領域は、中心又は中心付近が屈曲振動可能な薄板部であり、周辺部が実質的に拘束された厚板部である、請求項７又は８に記載の流体制御装置。
【請求項１０】
前記アクチュエータは、当該アクチュエータと前記平面部との間に一定の隙間をあけて弾性構造により保持されている、請求項７乃至９の何れかに記載の流体制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、空気貯蔵部に圧縮空気を充填し、空気貯蔵部から空気を排気する流体制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１において従来の血圧計が開示されている（図１参照）。この血圧計は、カフ圧力の変化に伴う動脈拍動による動脈壁の振動に基づいて血圧を測定する血圧計であり、血圧計本体筐体１０と、送気球コネクタ１１と、Ｏリング１２ａ，１２ｂと、メッシュ状のダストフィルタ１３と、フィルタキャップ１４と、送気球１５と、マニュホールド１８と、かしめリング１９と、を備える。
【０００３】
送気球１５は、空気を吸引してカフに送出し、カフ内の圧力（空気圧）を高めるものである。送気球コネクタ１１にはダストフィルタ１３が取り付けられたフィルタキャップ１４が装着される。このダストフィルタ１３によって血圧計内の各導通管や、カフ帯につながる各チューブ等に吸引時に塵が入り込むのを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００６／０２８２４８号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、小型低背なポンプやバルブを用いて小型低背な血圧計を設計する場合、上記ダストフィルタ１３を含む従来のダストフィルタは、その体積が大きいため、血圧計の小型低背化の妨げになっていた。
【０００６】
また、従来のダストフィルタは、フィルタリングすることにより塵の蓄積量が増えると、塵によって吸引が阻害され、吸引性能が低下するという問題もあった。
【０００７】
本発明の目的は、空気貯蔵部に圧縮空気を充填し、空気貯蔵部から空気を排気できる小型低背な構造をダストフィルタを用いずに構成し、吸引性能の低下を防いだ流体制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の流体制御装置は、前記課題を解決するために以下の構成を備えている。
【０００９】
（１）ポンプ室と前記ポンプ室を介して互いに連通する吸引孔および吐出孔を有するポンプと、
前記ポンプのポンピング動作により空気が装置本体外部から装置本体内部へ吸引される第１通気口と、前記ポンプの前記吸引孔と連通し、前記第１通気口から吸引された空気が前記ポンプ室へ流入する第２通気口と、前記ポンプの前記吐出孔から吐出された空気を貯蔵する空気貯蔵部から流出した空気が前記第１通気口へ流出する第３通気口と、を含み、前記第１、前記第２、前記第３の通気口を連通する通気溝が、形成された流路部と、を備えている。
【００１０】
この構成において、ポンプがポンピング動作を行うと、外気が装置本体外部から第１通気口を介して通気溝へ吸引される。そして、通気溝に吸引された空気は、第２通気口を介して吸引孔からポンプ内のポンプ室に流入する。この際、空気に塵が含まれる場合、通気溝における第１通気口から第２通気口までの間の内面に塵が付着する。この後、ポンプは、ポンピング動作により、空気をポンプの吐出孔から吐出し、空気貯蔵部に圧縮空気を充填する。空気貯蔵部は、例えば血圧測定用のカフである。
【００１１】
一方、空気貯蔵部の空気は、第３通気口から通気溝へ流出した後、通気溝を通過して第１通気口から装置本体外部へ排気される。そのため、流路部における第３通気口から第１通気口までの区間を、排気される空気が通過する。そのため、流路部における第３通気口から第１通気口までの内面に付着した塵を装置本体外部へ排出できる。
【００１２】
即ち、この構成では、第１〜第３通気口を同じ通気溝で繋いで第１通気口を吸排気口として使用することによって、第１通気口付近に流入した塵を、第３通気口より流出される排気により第１通気口から装置本体外部へ排出できる。
【００１３】
従って、この構成によれば、空気貯蔵部に圧縮空気を充填し、空気貯蔵部から空気を排気できる小型低背な構造をダストフィルタを用いずに構成した、吸引性能の低下を防ぐことができる流体制御装置を提供できる。
【００１４】
（２）前記通気溝は、前記第１通気口から前記第３通気口までの区間で、枝状に分岐しており、前記分岐された通気溝に前記第２通気口が設けられている。
【００１５】
この構造は、第１通気口から第３通気口までの区間の間で、枝状に分岐するため、分岐点から第２通気口へ塵が侵入し難い構造となっている。この構造では、塵が、第１通気口から分岐点までの間に特に付着する。そして、排気時、通気溝における第３通気口から第１通気口までの区間の間を空気が高速で流れる際に、第１通気口から分岐点までの内面に付着した塵を装置本体外部へ排出できる。
【００１６】
（３）前記ポンプの吐出孔に連通する第４連通孔と前記空気貯蔵部に連通する第５連通孔とが形成された逆止弁筐体と、前記逆止弁筐体内を分割して、前記第４連通孔に連通する第３バルブ室と、第４バルブ室とを構成する第２ダイヤフラムと、を有し、前記ポンプのポンピング動作により前記第４連通孔から前記第５連通孔への順方向の吐出圧力が発生すると、前記第２ダイヤフラムが前記第５連通孔を開放して前記第４連通孔と前記第５連通孔とが連通する逆止弁と、
前記通気溝の前記第３通気口に連通する第１連通孔と前記ポンプの吐出孔に連通する第２連通孔と前記空気貯蔵部に連通する第３連通孔とが形成された排気弁筐体と、前記排気弁筐体内を分割して、前記第３連通孔に連通する第１バルブ室と前記第２連通孔に連通する第２バルブ室とを構成する第１ダイヤフラムと、を有し、前記ポンプのポンピング動作により前記第２バルブ室の圧力が前記第１バルブ室の圧力より高くなると、前記第１ダイヤフラムが前記第１連通孔をシールする排気弁と、を備え、
前記排気弁は、前記ポンプのポンピング動作の停止により前記第２バルブ室の圧力が前記第１バルブ室の圧力より低下すると、前記第１ダイヤフラムが開放して前記第１連通孔と前記第３連通孔とが連通する。
【００１７】
この構成において、ポンプがポンピング動作を行うと、外気が装置本体外部から第１通気口を介して通気溝へ吸引される。そして、通気溝へ吸引された空気は、第２通気口を介して吸引孔からポンプ内のポンプ室に流入する。この際、空気に塵が含まれる場合、流路部における通気溝の内面に塵が付着する。そして、ポンプは、ポンピング動作により、空気をポンプの吐出孔から逆止弁に流入させる。逆止弁では、ポンプのポンピング動作により第４連通孔から第５連通孔への順方向の吐出圧力が発生すると、第２ダイヤフラムが開放して第４連通孔と第５連通孔とが連通する。また、排気弁では、ポンプのポンピング動作により第２バルブ室が昇圧すると、ダイヤフラムが第１連通孔をシールする。これにより、空気がポンプから逆止弁の第４連通孔と第５連通孔を経由して空気貯蔵部へ送出され、空気貯蔵部内の圧力（空気圧）が高まる。
【００１８】
次に、ポンプがポンピング動作を停止すると、ポンプ室と第２バルブ室の体積は空気貯蔵部の収容可能な空気の体積に比べて極めて小さいため、ポンプ室と第３バルブ室と第２バルブ室の空気は、ポンプの吐出孔を経由してポンプの吸引孔から流体制御装置の外部へすぐに排気される。この結果、排気弁では、ポンプのポンピング動作が停止すると、すぐに第２バルブ室の圧力が第１バルブ室の圧力より低下する。
【００１９】
第２バルブ室の圧力が第１バルブ室の圧力より低下すると、排気弁では、第１ダイヤフラムが開放して第１連通孔と第３連通孔とが連通する。これにより、空気貯蔵部の空気は、第１連通孔と第３連通孔を経由して通気溝へ流出した後、通気溝から装置本体外部へ急速に排気される。そのため、この急速排気により、流路部における通気溝の内面に付着した塵を装置本体外部へ排出できる。
【００２０】
従って、この構成によれば、空気貯蔵部に圧縮空気を充填し、空気貯蔵部から空気を急速排気できる小型低背な構造をダストフィルタを用いずに構成した、吸引性能の低下を防ぐことができる流体制御装置を提供できる。
【００２１】
（４）前記逆止弁筐体には、前記第４バルブ室、前記第５連通孔および前記空気貯蔵部に連通する第６連通孔と、前記第５連通孔の周縁から前記第２ダイヤフラム側へ突出した弁座と、がさらに形成され、
前記第２ダイヤフラムは、前記弁座に接触した状態で前記逆止弁筐体に固定された。
【００２２】
この構成では、ポンプのポンピング動作時、逆止弁の第４連通孔を経由して第５連通孔から流出する空気が、圧電ポンプの吐出圧力より若干低い圧力となって、第６連通孔から第４バルブ室に流入する。一方、第３バルブ室には圧電ポンプの吐出圧力が印加される。この結果、逆止弁では第３バルブ室の圧力が第４バルブ室より若干勝り、逆止弁では第２ダイヤフラムを開放した状態が維持される。また、第３バルブ室と第４バルブ室との圧力差が小さいため、当該圧力差が極端に偏ることもなく、第２ダイヤフラムが破損するのを防ぐこともできる。
【００２３】
また、第３バルブ室の体積も空気貯蔵部の収容可能な空気の体積に比べて極めて小さい。そのため、ポンプのポンピング動作が停止すると、ポンプ室と第３バルブ室と第２バルブ室の空気は、ポンプの吐出孔を経由してポンプの吸引孔から流体制御装置の外部へすぐに排気される。この結果、逆止弁では、ポンプのポンピング動作が停止すると、第３バルブ室の圧力が第４バルブ室の圧力よりすぐに低下する。
逆止弁では、第３バルブ室の圧力が第４バルブ室の圧力より低下すると、第２ダイヤフラムが弁座に当接して第５連通孔をシールする。
【００２４】
（５）前記第２ダイヤフラムと前記第１ダイヤフラムは１つのダイヤフラムシートで形成されている。
【００２５】
この構成では、逆止弁の第２ダイヤフラムと排気弁の第１ダイヤフラムを単一のダイヤフラムで形成するため、装置本体の小型化を図ることができる。
【００２６】
（６）前記ポンプと前記逆止弁と前記排気弁とは一体に形成されている。
【００２７】
この構成では、一体形成することで、装置本体の小型化を図ることができる。
【００２８】
（７）周辺部が実質的に拘束されていなくて、中心部から周辺部にかけて屈曲振動するアクチュエータと、
前記アクチュエータに近接対向して配置される平面部と、
前記平面部のうち前記アクチュエータと対向するアクチュエータ対向領域の中心又は中心付近に配置された１つまたは複数の吸引孔と、
を備える。
【００２９】
このように、アクチュエータの周辺部が（勿論中心部も）実質的に拘束されていないので、アクチュエータの屈曲振動に伴う損失が少なく、小型・低背でありながら高い圧力と大きな流量が得られる。
【００３０】
（８）前記アクチュエータは円板状とすれば、回転対称形（同心円状）の振動状態となるため、アクチュエータと平面部との間に不要な隙間が発生せず、ポンプとしての動作効率が高まる。
【００３１】
（９）前記平面部におけるアクチュエータ対向領域のうち、例えば中心又は中心付近が屈曲振動可能な薄板部であり、周辺部が実質的に拘束された厚板部とする。
【００３２】
この構造によれば、アクチュエータの振動に伴い、通気孔を中心とした対向面の薄板部分が振動するため、実質的に振動振幅を増すことができ、そのことにより圧力と流量を増加させることができる。
【００３３】
（１０）前記アクチュエータは、当該アクチュエータと前記平面部との間に一定の隙間をあけて弾性構造により保持する構成とすれば、負荷変動に応じてアクチュエータと平面部との隙間を自動的に変化させることができる。たとえばアクチュエータに対して低負荷時には積極的に隙間を確保して流量を増大させることができ、高負荷時には連結部がたわんでアクチュエータと平面部との対向領域の隙間が自動的に減少し、高い圧力で動作することが可能である。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、空気貯蔵部に圧縮空気を充填し、空気貯蔵部から空気を排気できる小型低背な構造をダストフィルタを用いずに構成し、吸引性能の低下を防いだ流体制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】特許文献１の血圧計に備えられる送気球１５と血圧計本体筐体１０との接続部の構造を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る流体制御装置１００の外観斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る流体制御装置１００の分解斜視図である。
【図４】図３に示す圧電ポンプ１０１、２０１と逆止弁１０２と排気弁１０３とカフ１０９との接続関係を示す説明図である。
【図５】図３に示すバルブ上板１０６の外観斜視図である。
【図６】図３に示すバルブ基板１０７の外観斜視図である。
【図７】図３に示すカバー板部９５の平面図である。
【図８】図３に示す圧電ポンプ１０１、２０１の主要部の断面図である。
【図９】図３に示す逆止弁１０２の主要部の断面図である。
【図１０】図３に示す排気弁１０３の主要部の断面図である。
【図１１】図３に示す圧電ポンプ１０１、２０１がポンピング動作を行っている時の空気の流れを示す説明図である。
【図１２】圧電ポンプ１０１、２０１がポンピング動作を行っている時の空気の流れを示す流体制御装置１００の分解斜視図である。
【図１３】圧電ポンプ１０１、２０１がポンピング動作を行っている時の空気の流れを示すカバー板部９５の平面図である。
【図１４】図３に示す圧電ポンプ１０１、２０１がポンピング動作を停止した直後の空気の流れを示す説明図である。
【図１５】圧電ポンプ１０１、２０１がポンピング動作を停止した直後の空気の流れを示す流体制御装置１００の分解斜視図である。
【図１６】圧電ポンプ１０１、２０１がポンピング動作を停止した直後の空気の流れを示すカバー板部９５の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態に係る流体制御装置１００について説明する。
図２は、本発明の実施形態に係る流体制御装置１００の外観斜視図である。図３は、本発明の実施形態に係る流体制御装置１００の分解斜視図である。図４は、図３に示す圧電ポンプ１０１、２０１と逆止弁１０２と排気弁１０３とカフ１０９との接続関係を示す説明図である。図５は、図３に示すバルブ上板１０６の外観斜視図であり、図６は、図３に示すバルブ基板１０７の外観斜視図である。図５（Ａ）と図６（Ａ）は、蓋板１１６側から見た図であり、図５（Ｂ）と図６（Ｂ）は、カバー板９９側から見た図である。図７は、図３に示すカバー板部９５の平面図である。
【００３７】
流体制御装置１００は、図３に示すように、カバー板９９、流路板９６、基板９１、平面部５１、スペーサ５３Ａ、振動板ユニット６０、補強板４３、圧電素子４２、スペーサ５３Ｂ、電極導通用板７０、バルブ基板１０７、ダイヤフラム１０８、バルブ上板１０６及び蓋板１１６を備え、をこの順に積層した構造を有する。即ち、圧電ポンプ１０１、２０１と逆止弁１０２と排気弁１０３とは一体に形成されている。そして、この構造により、流体制御装置１００は、圧電ポンプ１０１、２０１と逆止弁１０２と排気弁１０３とを備える。
【００３８】
圧電ポンプ１０１及び圧電ポンプ２０１は、図３及び図４に示すように、ポンプ圧力を増大させるために直列に接続される。そして、圧電ポンプ１０１及び圧電ポンプ２０１は、逆止弁１０２と排気弁１０３とを介してカフ１０９に接続される。
【００３９】
蓋板１１６には、カフ１０９の腕帯ゴム管１０９Ａに連通させるカフ接続口１０６Ａが形成されている。カフ１０９の腕帯ゴム管１０９Ａがバルブ上板１０６のカフ接続口１０６Ａに装着されることにより、流体制御装置１００がカフ１０９に接続される。
【００４０】
流路板９６及びカバー板９９の接合体がカバー板部９５である。カバー板部９５には、図７に示すように、空気を通過させるための通気溝９７、９８が形成されている。
通気溝９７は、外気を装置本体外部から装置本体内部へ吸引するための吸排気口９７Ａと、圧電ポンプ１０１の吸引孔５２と連通し、吸排気口９７Ａから吸引した空気を圧電ポンプ１０１内のポンプ室４５へ流入させるための流入口９７Ｂと、排気弁１０３の第１連通孔３２と連通し、カフ１０９から第１連通孔３２を介して排気された空気を通気溝９７へ流出させるための流出口９７Ｃと、を有する。
【００４１】
ここで、流出口９７Ｃは、流入口９７Ｂより吸排気口９７Ａから遠い箇所に形成されており、通気溝９７は、吸排気口９７Ａから流出口９７Ｃまでの間で分岐して流入口９７Ｂへ通じる溝に分かれる。ここでは、通気溝９７が緩やかなカーブを描いたＬ字状に伸びており、その一端に流出口９７Ｃ、他端に吸排気口９７Ａが形成されており、吸排気口９７Ａから流出口９７Ｃまでの区間で分岐された通気溝９７の一端に流入口９７Ｂが形成されている。なお、通気溝９７はこのような形状に限るものではなく、例えば直線状、直角状に折れ曲がっていてもよい。
【００４２】
また、通気溝９８は、圧電ポンプ１０１の吐出孔５５から吐出された空気を通気溝９８へ流出させる流出口９８Ａと、圧電ポンプ１０１の吐出孔５５から通気溝９８に流出した空気を通気溝９８から圧電ポンプ２０１のポンプ室４５へ流入させる流入口９８Ｂと、を有する。
【００４３】
なお、カバー板部９５が本発明の「流路部」に相当する。また、吸排気口９７Ａが本発明の「第１通気口」に相当する。また、流入口９７Ｂが本発明の「第２通気口」に相当する。また、流出口９７Ｃが本発明の「第３通気口」に相当する。
【００４４】
以上の構造において、流体制御装置１００は、詳細を後述するが、血圧の測定を開始するときにポンピング動作を圧電ポンプ１０１、２０１に行わせる。これにより、外気が吸排気口９７Ａから流入口９７Ｂへ吸引され、空気が吸引孔５２から圧電ポンプ１０１内のポンプ室４５に流入する。この際、空気に塵が含まれる場合、カバー板部９５における吸排気口９７Ａから分岐点９７Ｄまでの内面に塵が付着する。
【００４５】
そして、圧電ポンプ１０１の吐出孔５５から吐出された空気は、流出口９８Ａから通気溝９８に流出し、流入口９８Ｂを介して吸引孔５２から圧電ポンプ２０１内のポンプ室４５に流入する。圧電ポンプ２０１の吐出孔５５から吐出された空気は、逆止弁１０２を介してカフ１０９へ送出され、カフ１０９内の圧力（空気圧）を高める。
【００４６】
その後、血圧の測定が終了すると、流体制御装置１００は、圧電ポンプ１０１、２０１のポンピング動作を停止する。これにより、カフ１０９の空気は、排気弁１０３の第３連通孔３４及び第１連通孔３２を経由して流出口９７Ｃから通気溝９７へ流出し、吸排気口９７Ａから装置本体外部へ急速に排気される。
【００４７】
ここで、圧電ポンプ１０１、２０１と逆止弁１０２と排気弁１０３との構造について詳述する。まず、図３、図８を用いて圧電ポンプ１０１、２０１の構造について詳述する。
図８は、図３に示す圧電ポンプ１０１、２０１の主要部の断面図である。
【００４８】
図３、図８に示すように、圧電ポンプ１０１は、基板９１、平面部５１、スペーサ５３Ａ、振動板ユニット６０、補強板４３、圧電素子４２、スペーサ５３Ｂ、電極導通用板７０、及びバルブ基板１０７を備え、それらを順に積層した構造を有している。圧電ポンプ２０１は、圧電ポンプ１０１と同じ構造を有しているため、説明を省略する。
【００４９】
円板状の振動板４１の上面には補強板４３が貼着され、補強板４３の上面には圧電素子４２が貼着されて、振動板４１と圧電素子４２と補強板４３とによってアクチュエータ４０が構成される。ここで、補強板４３を圧電素子４２および振動板４１よりも線膨張係数の大きな金属板としておき、接着時に加熱硬化させることにより、全体が反ることなく、圧電素子４２に適切な圧縮応力を残留させることができ、圧電素子４２の割れを防止できる。例えば、振動板４１を４２ニッケルまたは３６ニッケルなど線膨張係数の小さな材料とし、補強板４３をリン青銅（Ｃ５２１０）やステンレススチールＳＵＳ４３０など線膨張係数の大きな材料とするのがよい。この場合スペーサ５３Ｂの厚さは、圧電素子４２と補強板４３の厚さを加えたものと同じか、少し厚くしておくとよい。
【００５０】
なお、振動板４１、圧電素子４２、補強板４３については、上から圧電素子４２、振動板４１、補強板４３の順に配置してもよい。この場合も圧電素子４２に適切な圧縮応力が残留するように、振動板４１、補強板４３の材質を逆にすることで線膨張係数が調整されている。
【００５１】
振動板４１の周囲には振動板支持枠６１が設けられていて、振動板４１は振動板支持枠６１に対して連結部６２で連結されている。連結部６２は細いリング状に形成されたものであり、小さなバネ定数の弾性をもたせて弾性構造としている。したがって振動板４１は二つの連結部６２で振動板支持枠６１に対して２点で柔軟に支持されている。そのため、振動板４１の屈曲振動を殆ど妨げない。すなわち、アクチュエータの周辺部が（勿論中心部も）実質的に拘束されていない状態となっている。なお、スペーサ５３Ａは平面部５１と一定の隙間をあけてアクチュエータ４０を保持するために設けられる。振動板支持枠６１には電気的に接続するための外部端子６３が形成されている。
【００５２】
振動板４１、振動板支持枠６１、連結部６２及び外部端子６３は金属板の打ち抜き加工により成形されていて、これらによって振動板ユニット６０が構成されている。
【００５３】
振動板支持枠６１の上面には、樹脂製のスペーサ５３Ｂが接着固定されている。スペーサ５３Ｂの厚さは圧電素子４２と補強板４３の厚さを加えたものと同じか少し厚く、ポンプ筺体の一部を構成するとともに、次に述べる電極導通用板７０と振動板ユニット６０とを電気的に絶縁する。
【００５４】
スペーサ５３Ｂの上には、金属製の電極導通用板７０が接着固定されている。電極導通用板７０は、ほぼ円形に開口した枠部位７１と、この開口内に突出する内部端子７３と、外部へ突出する外部端子７２とで構成されている。
【００５５】
内部端子７３の先端は圧電素子４２の表面にはんだ付けされる。はんだ付け位置をアクチュエータ４０の屈曲振動の節に相当する位置とすることにより内部端子７３の振動は抑制できる。
【００５６】
バルブ基板１０７は電極導通用板７０の上部に被せられ、アクチュエータ４０の周囲を覆う。そのため、吸引孔５２を通して吸引された流体は吐出孔５５から吐出される。吐出孔５５はバルブ基板１０７における圧電ポンプ２０１のアクチュエータ４０に対向する部分の中心に設けてもよいが、バルブ基板１０７を含むポンプ筐体内の正圧を開放する吐出孔であるので、バルブ基板１０７における圧電ポンプ２０１のアクチュエータ４０に対向する部分の中心に設ける必要はない。
【００５７】
一方、平面部５１におけるアクチュエータ４０に対向する部分の中心には吸引孔５２が形成されている。この平面部５１と振動板ユニット６０との間に数１０μｍの厚さのスペーサ５３Ａが挿入されている。このように、スペーサ５３Ａが存在しても、振動板４１は振動板支持枠６１に拘束されているわけではないので、負荷変動に応じて間隙は自動的に変化する。但し、連結部６２（バネ端子）の拘束の影響を多少は受けるので、このようにスペーサ５３Ａを挿入することで、低負荷時には積極的に隙間を確保して流量を増大することができる。また、スペーサ５３Ａを挿入した場合でも、高負荷時には連結部６２（バネ端子）がたわんで、アクチュエータ４０と平面部５１との対向領域の隙間が自動的に減少し、高い圧力で動作することが可能である。
【００５８】
なお、図３に示した例では、連結部６２を二箇所に設けたが、三箇所以上に設けてもよい。連結部６２はアクチュエータ４０の振動を妨げるものではないが、振動に多少の影響を与えるため、例えば三箇所で連結（保持）することにより、より自然な保持が可能となり、圧電素子の割れを防止することもできる。
【００５９】
平面部５１の下部には、中心に円筒形の開口部９２が形成された基板９１が設けられている。平面部５１の一部は基板９１の開口部９２で露出する。この円形の露出部は、アクチュエータ４０の振動に伴う圧力変動により、アクチュエータ４０と実質的に同一周波数で振動することができる。
【００６０】
この平面部５１と基板９１との構成により、平面部５１のアクチュエータ対向領域の中心又は中心付近は屈曲振動可能な薄板部であり、周辺部は実質的に拘束された厚板部となる。この円形の薄板部の固有振動数は、アクチュエータ４０の駆動周波数と同一か、やや低い周波数になるように設計している。
【００６１】
従って、アクチュエータ４０の振動に呼応して、吸引孔５２を中心とした平面部５１の露出部も大きな振幅で振動する。平面部５１の振動位相がアクチュエータ４０の振動位相よりも遅れた（例えば９０°遅れの）振動となれば、平面部５１とアクチュエータ４０との間の隙間空間の厚さ変動が実質的に増加する。そのことによってポンプの能力をより向上させることができる。
【００６２】
以上の構造において、圧電ポンプ１０１は、外部端子６３，７２に駆動電圧を印加することによってアクチュエータ４０が屈曲振動し、通気溝９７から吸引孔５２を介して空気を吸引し、吐出孔５５から吐出する。また、圧電ポンプ２０１は、外部端子６３，７２に駆動電圧を印加することによってアクチュエータ４０が屈曲振動し、通気溝９８から吸引孔５２を介して空気を吸引し、吐出孔５５から逆止弁１０２へ吐出する。
【００６３】
次に、逆止弁１０２の構造について図３、図５、図６、図９を用いて説明する。
図９は、本発明の実施形態に係る流体制御装置１００に備えられる逆止弁１０２の主要部の断面図である。逆止弁１０２は、図３、図５、図６に示すように、バルブ基板１０７と、ダイヤフラム１０８と、バルブ上板１０６と、を備え、それらを順に積層した構造を有する。この構造により、逆止弁１０２は、図９に示すように、円筒状の逆止弁筐体２１と円状の薄膜からなるダイヤフラム１０８Ａとを有する。
【００６４】
逆止弁筐体２１には、圧電ポンプ２０１の吐出孔５５に連通する第４連通孔２４と、カフ１０９に連通する第５連通孔２２と、第５連通孔２２およびカフ１０９に連通する第６連通孔２７と、第５連通孔２２の周縁からダイヤフラム１０８Ａ側へ突出した弁座２０と、が形成されている。
【００６５】
ダイヤフラム１０８の材質は、例えばエチレンプロピレンゴムまたはシリコーンゴム等の弾性部材である。ダイヤフラム１０８Ａは、弁座２０に接触して逆止弁筐体２１に固定されている。また、ダイヤフラム１０８Ａは、逆止弁筐体２１内を分割して、第４連通孔２４に連通するリング状の第３バルブ室２３と、第６連通孔２７に連通する第４バルブ室２６とを構成する。
弁座２０は、ダイヤフラム１０８Ａを与圧するよう逆止弁筐体２１に形成されている。
【００６６】
以上の構造において逆止弁１０２は、第３バルブ室２３と第４バルブ室２６との圧力差によって、ダイヤフラム１０８Ａが弁座２０に対して接触または離間し、弁を開閉する。
【００６７】
次に、排気弁１０３の構造について図３、図５、図６、図１０を用いて説明する。
図１０は、本発明の実施形態に係る流体制御装置１００に備えられる排気弁１０３の主要部の断面図である。排気弁１０３は、図３、図５、図６に示すように、バルブ基板１０７と、ダイヤフラム１０８と、バルブ上板１０６と、を備え、それらを順に積層した構造を有する。この構造により、排気弁１０３は、図１０に示すように、円筒状の排気弁筐体３１と円状の薄膜からなるダイヤフラム１０８Ｂとを有する。
【００６８】
排気弁筐体３１には、流出口９７Ｃに連通する第１連通孔３２と、圧電ポンプ２０１の吐出孔５５に連通する第２連通孔３７と、カフ１０９に連通する第３連通孔３４と、第１連通孔３２の周縁からダイヤフラム１０８Ｂ側へ突出した弁座３０と、が形成されている。
【００６９】
ダイヤフラム１０８Ｂは、弁座３０に接触して排気弁筐体３１に固定されている。また、ダイヤフラム１０８Ｂは、排気弁筐体３１内を分割して、第３連通孔３４に連通するリング状の第１バルブ室３３と、第２連通孔３７に連通する第２バルブ室３６とを構成する。
【００７０】
以上の構造において排気弁１０３は、第１バルブ室３３と第２バルブ室３６との圧力差によってダイヤフラム１０８Ｂが弁座３０に対して接触または離間し、弁を開閉する。
【００７１】
ここで、血圧測定時における流体制御装置１００の動作について説明する。
図１１は、図３に示す圧電ポンプ１０１、２０１がポンピング動作を行っている時の空気の流れを示す説明図である。図１２は、圧電ポンプ１０１、２０１がポンピング動作を行っている時の空気の流れを示す流体制御装置１００の分解斜視図である。図１３は、圧電ポンプ１０１、２０１がポンピング動作を行っている時の空気の流れを示すカバー板部９５の平面図である。
【００７２】
流体制御装置１００は、血圧の測定を開始するとき、ポンピング動作を圧電ポンプ１０１、２０１に行わせる。これにより、外気が吸排気口９７Ａから通気溝９７へ吸引され、空気が流入口９７Ｂを介して吸引孔５２から圧電ポンプ１０１内のポンプ室４５に流入する。例えば、断面積が０．３ｍｍ２の通気溝９７に０．２Ｌ／分の流量を圧電ポンプ１０１、２０１によって生じさせた場合、空気は、約１０ｍ／ｓの速度で吸排気口９７Ａから圧電ポンプ１０１内のポンプ室４５へ吸引される。この際、空気に塵が含まれる場合、カバー板部９５における吸排気口９７Ａから分岐点９７Ｄまでの内面に塵が付着する。しかし、通気溝９７は吸排気口９７Ａから流出口９７Ｃまでの間で分岐して流入口９７Ｂへ通じる溝に分かれるため、流体制御装置１００は、分岐点９７Ｄから流入口９７Ｂへ塵が侵入し難い構造となっている。
【００７３】
そして、圧電ポンプ１０１の吐出孔５５から吐出された空気は、流出口９８Ａから通気溝９８に流出し、流入口９８Ｂを介して吸引孔５２から圧電ポンプ２０１内のポンプ室４５に流入する。圧電ポンプ２０１の吐出孔５５から吐出された空気は、逆止弁１０２の第４連通孔２４から第３バルブ室２３へ流入する。逆止弁１０２では、圧電ポンプ１０１、２０１のポンピング動作により第４連通孔２４から第５連通孔２２への順方向の吐出圧力が発生すると、ダイヤフラム１０８Ａが開放して第４連通孔２４と第５連通孔２２とが連通する。また、排気弁１０３では、圧電ポンプ１０１、２０１のポンピング動作により第２バルブ室３６が昇圧すると、ダイヤフラム１０８Ｂが第１連通孔３２をシールする。これにより、空気が圧電ポンプ１０１、２０１から逆止弁１０２の第４連通孔２４と第５連通孔２２とカフ接続口１０６Ａを経由してカフ１０９へ送出され、カフ１０９内の圧力（空気圧）が高まる。
【００７４】
なお、流体制御装置１００は、逆止弁１０２の第５連通孔２２と第６連通孔２７とが連通した構造となっている。また、逆止弁１０２は、第５連通孔２２を中心に第４連通孔２４を外周に形成した形状を有している。これにより、逆止弁１０２の第４連通孔２４を経由して第５連通孔２２から流出する空気は、圧電ポンプ１０１、２０１の吐出圧力より若干低い圧力となって、第６連通孔２７から第４バルブ室２６に流入する。一方、第３バルブ室２３には圧電ポンプ１０１、２０１の吐出圧力が印加される。この結果、逆止弁１０２では第３バルブ室２３の圧力が第４バルブ室２６の圧力より若干勝り、逆止弁１０２ではダイヤフラム１０８Ａを開放した状態が維持される。また、第３バルブ室２３と第４バルブ室２６との圧力差が小さいため、当該圧力差が極端に偏ることもなく、ダイヤフラム１０８Ａが破損するのを防ぐこともできる。
【００７５】
また、流体制御装置１００は、逆止弁１０２の第５連通孔２２と排気弁１０３の第３連通孔３４とが連通した構造となっている。また、排気弁１０３は、第１連通孔３２を中心に第３連通孔３４を外周に形成した形状を有している。これにより、逆止弁１０２の第４連通孔２４を経由して第５連通孔２２から流出する空気は、圧電ポンプ１０１、２０１の吐出圧力より若干低い圧力となって、第３連通孔３４から排気弁１０３の第１バルブ室３３に流入する。一方、第２バルブ室３６には圧電ポンプ１０１、２０１の吐出圧力が印加される。この結果、排気弁１０３では第２バルブ室３６の圧力が第１バルブ室３３より若干勝り、排気弁１０３ではダイヤフラム１０８Ｂを閉じた状態が維持される。また、第２バルブ室３６と第１バルブ室３３との圧力差が小さいため、当該圧力差が極端に偏ることもなく、ダイヤフラム１０８Ｂが破損するのを防ぐこともできる。
【００７６】
図１４は、図３に示す圧電ポンプ１０１、２０１がポンピング動作を停止した直後の空気の流れを示す説明図である。図１５は、圧電ポンプ１０１、２０１がポンピング動作を停止した直後の空気の流れを示す流体制御装置１００の分解斜視図である。図１６は、圧電ポンプ１０１、２０１がポンピング動作を停止した直後の空気の流れを示すカバー板部９５の平面図である。
【００７７】
次に、血圧の測定が終了すると、流体制御装置１００は、圧電ポンプ１０１、２０１のポンピング動作を停止する。ここで、圧電ポンプ１０１、２０１のポンプ室４５と逆止弁１０２の第３バルブ室２３と排気弁１０３の第２バルブ室３６との体積はカフ１０９の収容可能な空気の体積に比べて極めて小さい。そのため、圧電ポンプ１０１、２０１のポンピング動作が停止すると、２つのポンプ室４５と第３バルブ室２３と第２バルブ室３６の空気は、圧電ポンプ１０１、２０１の吸引孔５２および開口部９２を経由して流入口９７Ｂから通気溝９７へ流出し、流体制御装置１００の吸排気口９７Ａから流体制御装置１００の外部へすぐに排気される。また、第４バルブ室２６及び第１バルブ室３３には、カフ１０９の圧力が印加される。
【００７８】
この結果、逆止弁１０２では、圧電ポンプ１０１、２０１のポンピング動作が停止すると、第３バルブ室２３の圧力が第４バルブ室２６の圧力よりすぐに低下する。同様に、排気弁１０３では、圧電ポンプ１０１、２０１のポンピング動作が停止すると、第２バルブ室３６の圧力が第１バルブ室３３の圧力よりすぐに低下する。
【００７９】
逆止弁１０２では、第３バルブ室２３の圧力が第４バルブ室２６の圧力より低下すると、ダイヤフラム１０８Ａが弁座２０に当接して第５連通孔２２をシールする。また、排気弁１０３では、第２バルブ室３６の圧力が第１バルブ室３３の圧力より低下すると、ダイヤフラム１０８Ｂが開放して第３連通孔３４と第１連通孔３２とが連通する。
【００８０】
これにより、カフ１０９の空気は、カフ接続口１０６Ａと第３連通孔３４と第１連通孔３２を経由して流出口９７Ｃから通気溝９７へ流出し、吸排気口９７Ａから装置本体外部へ急速に排気される。例えば、体積が１００ｃｃのカフ１０９に３０ｋＰaの圧力の空気を充填した場合、空気は、約５０ｍ／ｓの速度で吸排気口９７Ａから装置本体外部へ急速に排気される。そのため、この急速排気により、カバー板部９５における吸排気口９７Ａから分岐点９７Ｄまでの内面に付着した塵を装置本体外部へ排出できる。
【００８１】
以上の構成では、吸排気口９７Ａ、流入口９７Ｂ、及び流出口９７Ｃを同じ通気溝で繋いで吸排気口９７Ａを吸気と排気に共用している。これにより、吸排気口９７Ａから分岐点９７Ｄ付近に流入した塵を、流出口９７Ｃより流出される排気により吸排気口９７Ａから装置本体外部へ排出している。また、吸排気口９７Ａから流出口９７Ｃまでの区間で分岐された通気溝９７の一端に流入口９７Ｂが形成されている。そのため、排気時、通気溝９７における流出口９７Ｃから吸排気口９７Ａまでの区間を空気が高速で流れる際に、カバー板部９５における吸排気口９７Ａから分岐点９７Ｄまでの内面に付着した全ての塵を装置本体外部へ排出できる。
【００８２】
従って、この実施形態によれば、カフ１０９に圧縮空気を充填し、カフ１０９から空気を急速排気できる小型低背な構造をダストフィルタを用いずに構成し、吸引性能の低下を防ぐことができる流体制御装置１００を提供できる。
【００８３】
なお、以上の実施形態では、圧電ポンプ１０１、２０１を設けたが、実施の際は、いずれか一方の圧電ポンプを設けるだけの構成も構わない。また、ユニモルフ型で屈曲振動するアクチュエータを設けたが、振動板の両面に圧電素子を貼着してバイモルフ型で屈曲振動するように構成してもよい。
【００８４】
また、上述の実施形態では、排気弁１０３は、第３連通孔３４をカフ１０９に接続して第１連通孔３２を流出口９７Ｃに接続しているが、実施の際は、第３連通孔３４を図１０の第３通気孔３２の位置に配した状態でカフ１０９に接続し、第１連通孔３２を図１０の第３連通孔３４の位置に配置し、流出口９７Ｃに接続しても構わない。この接続方法では、体動などでカフ１０９の圧力が変動した場合でも、意図しない排気が発生し難いという効果を奏する。
【００８５】
また、上述の実施形態では、逆止弁１０２の弁体として円状のダイヤフラム１０８Ａを採用しているが、実施の際は、弁座２０をシールできるその他の形状（例えばキノコ形や短冊形など）を採用しても構わない。
【００８６】
また、上述の実施形態では、通気溝９７が図７に示す形状を有しているが、実施の際は、これ以外の形状でも構わない。例えば、吸排気口９７Ａから流出口９７Ｃまで一直線の形状であっても良く、また、分岐点９７Ｄを設けずに吸排気口９７Ａと流入口９７Ｂと流出口９７Ｃとが一直線の形状であっても良い。すなわち、分岐点９７Ｄから流入口９７Ｂまで延びる分岐された通気溝は、必ずしも流路板９６と同一平面上に設けられる必要はなく、分岐点９７Ｄと流入口９７Ｂとが一致し、流入口９７Ｂとポンプ室４５とを接続するように、流路板９６に対して垂直な方向に延びていてもよい。
【００８７】
最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８８】
１０…血圧計本体筐体
１１…送気球コネクタ
１２ａ，１２ｂ…リング
１３…ダストフィルタ
１４…フィルタキャップ
１５…送気球
１８…マニュホールド
１９…かしめリング
２０…弁座
２１…逆止弁筐体
２２…第５連通孔
２３…第３バルブ室
２４…第４連通孔
２６…第４バルブ室
２７…第６連通孔
３０…弁座
３１…排気弁筐体
３２…第１連通孔
３３…第１バルブ室
３４…第３連通孔
３６…第２バルブ室
３７…第２連通孔
４０…アクチュエータ
４１…振動板
４２…圧電素子
４３…補強板
４５…ポンプ室
５１…平面部
５２…吸引孔
５３Ａ、５３Ｂ…スペーサ
５５…吐出孔
６０…振動板ユニット
６１…振動板支持枠
６２…連結部
６３，７２…外部端子
７０…電極導通用板
７１…枠部位
７２…外部端子
７３…内部端子
９１…基板
９２…開口部
９５…カバー板部
９６…流路板
９７…通気溝
９７Ａ…吸排気口
９７Ｂ…流入口
９７Ｃ…流出口
９７Ｄ…分岐点
９８…通気溝
９８Ａ…流出口
９８Ｂ…流入口
９９…カバー板
１００…流体制御装置
１０１、２０１…圧電ポンプ
１０２…逆止弁
１０３…排気弁
１０６…バルブ上板
１０６Ａ…カフ接続口
１０７…バルブ基板
１０８…ダイヤフラム
１０８Ａ…第２ダイヤフラム
１０８Ｂ…第１ダイヤフラム
１０９…カフ
１０９Ａ…腕帯ゴム管
１１６…蓋板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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